Biohybride „Superpflanzen“ für eine bessere Umwelt

An der Fakultät für Ingenieurwesen der Freien Universität Bozen hat ein Forschungsteam die weltweit erste vollständig biohybride Pflanze entwickelt. Während nachhaltige Innovationen meist mit Solarpaneelen oder Elektroautos assoziiert werden, rückt dieses Projekt die Natur selbst ins Zentrum technologischen Fortschritts.
Durch das gezielte Einbringen von Nanopartikeln direkt in das Pflanzengewebe wurde deren natürliche Fähigkeit zur Lichtabsorption signifikant gesteigert. Dieser technologische Eingriff kurbelt nicht nur das Wachstum der Pflanze an, sondern optimiert auch die Effizienz, mit der sie CO₂ aus der Atmosphäre bindet. Damit eröffnen sich völlig neue Perspektiven für den Klimaschutz und die Gewinnung erneuerbarer Energien, da die biohybriden Organismen sowohl als natürliche Kohlenstoffspeicher als auch als innovative Quelle für Bioenergie fungieren könnten.

Das Potenzial biohybrider Pflanzen

Eine biohybride Pflanze stellt einen lebenden Organismus dar, in dem die Natur unmittelbar mit modernster Technik verschmilzt. Dabei werden biologische Elemente – die Pflanze selbst – gezielt mit technologischen Komponenten wie leitfähigen Materialien kombiniert. Durch diese Verbindung entsteht ein Hybrid, bei dem natürliche Prozesse wie die Photosynthese, das Wachstum oder die Reizempfindlichkeit durch ingenieurwissenschaftliche Elemente nicht nur ergänzt, sondern funktionell verstärkt werden können.

In einer aktuellen Studie der unibz nutzte das Forschungsteam hierfür die in der Wissenschaft weit verbreitete Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand). Als technologischer Partner dienten Nanopartikel aus dem organischen Polymer P3HT. Dieses Material besteht aus langen Ketten sich wiederholender molekularer Einheiten mit Kohlenstoffatomen – eine Struktur, die sich anschaulich mit einer Perlenkette vergleichen lässt. Da P3HT elektrisch leitfähig ist, wird es bereits intensiv für die Entwicklung flexibler Solarzellen sowie in der „grünen Elektronik“ eingesetzt.

Die Besonderheit liegt in der Dimension der Partikel: Sie sind etwa 500-mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Aufgrund dieser extremen Winzigkeit können sie von den Wurzeln der Pflanze aufgenommen und durch das Gefäßsystem bis in die Blätter transportiert werden, wo sie ihre technologische Wirkung entfalten.

Effizientere Photosynthese

Neueste Studienergebnisse belegen, dass die gezielte Nutzung biokompatibler Nanopartikel das Potenzial hat, die Landwirtschaft nachhaltig zu revolutionieren. Die sogenannten P3HT-Nanopartikel werden von Pflanzen auf natürliche Weise aufgenommen, ohne deren biologische Prozesse zu stören. Ganz im Gegenteil: Sobald die Partikel die Blätter erreichen, fungieren sie als winzige zusätzliche Antennen für das Sonnenlicht.

Der entscheidende Vorteil liegt in der Lichtausbeute. Während Pflanzen natürlicherweise primär rotes und blaues Licht für die Energieerzeugung nutzen, ermöglichen diese Nanopartikel es ihnen, auch das grüne Spektrum des Lichts zu absorbieren. Diese gesteigerte Energiekapazität kurbelt die Photosynthese massiv an. Die Folgen sind doppelt positiv: Die Pflanzen binden deutlich mehr CO₂ aus der Atmosphäre und wandeln diese Energie in ein beschleunigtes Wachstum um. In Versuchen zeigten die behandelten Pflanzen im Vergleich zur Kontrollgruppe eine beeindruckende Vitalität – sie entwickelten nahezu doppelt so lange Wurzeln und bildeten insgesamt deutlich mehr Biomasse.

Pflanzen-Veredelung ohne Gentechnik: Der Durchbruch der Biohybride

Die aktuelle Studie markiert einen technologischen Meilenstein: Es handelt sich um das erste Beispiel einer biohybriden Pflanze, die durch das direkte Einbringen von P3HT-Nanopartikeln in den gesamten Organismus entstanden ist. Bisherige Forschungsansätze beschränkten sich darauf, lediglich einzelne Teile wie Blätter oder Wurzeln mit künstlichen Komponenten zu verbinden. Manuela Ciocca betont die Bedeutung dieses Fortschritts: „Diese Technologie eröffnet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, da sie es erlaubt, die Eigenschaften pflanzlicher Organismen zu verändern, ohne deren DNA zu modifizieren, und Organismen mit verbesserten Eigenschaften zu schaffen.“

Die potenziellen Einsatzgebiete dieser Methode sind weitreichend und reichen von der nachhaltigen Landwirtschaft bis hin zum Sektor der erneuerbaren Energien. Laut Ciocca bietet die Entwicklung enorme Chancen für den Klimaschutz und die Energieversorgung: „Diese Pflanzen können mehr CO₂ binden, mehr Sauerstoff produzieren und zu den grünen Energiesystemen der Zukunft beitragen.“

Das Sensing Technologies Lab der unibz führte die Studie unter der Leitung von Professorin Luisa Petti durch. Beteiligt waren die unibz-Forschungsgruppe PRIME, die Fakultät für Agrar-, Umwelt- und Lebensmittelwissenschaften sowie das Kompetenzzentrum für Pflanzengesundheit. Externe Kooperationen bestanden mit der Fondazione Bruno Kessler, Eurac Research, der LMU München, dem IMEM-CNR und Elettra Sincrotrone Trieste.

Quelle

Freie Universität Bozen (02/2026)